Monterrey, Nuevo León a
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY P R E S E N T E .
-en los sucesivo LA OBRA, en virtud de lo cual autorizo a el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (EL INSTITUTO) para que efectúe la divulgación, publicación, comunicación pública, distribución, distribución pública, distribución electrónica y reproducción, así como la digitalización de la misma, con fines académicos o propios al objeto de EL INSTITUTO.
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AUTOR (A)
Nombre Completo y Firma
Impacto del Laboratorio Virtual en el Aprendizaje por
Descubrimiento de la Cinemática Bidimensional en Estudiantes
de Educación Media -Edición Única
Title Impacto del Laboratorio Virtual en el Aprendizaje por
Descubrimiento de la Cinemática Bidimensional en Estudiantes de Educación Media -Edición Única
Authors Gustavo Adolfo Angulo Mendoza
Affiliation Tecnológico de Monterrey, Universidad Virtual
Issue Date 2012-03-01
Discipline Ciencias Sociales / Social Sciences
Item type Tesis
Rights Open Access
Downloaded 18-Jan-2017 11:11:40
Universidad Virtual
Escuela de Graduados en Educación
Impacto del laboratorio virtual en el aprendizaje por descubrimiento de
la cinemática bidimensional en estudiantes de Educación Media
Tesis que para obtener el grado de:
Maestría en Tecnología Educativa con Acentuación en Medios Innovadores para la Educación
presenta:
Gustavo Adolfo Angulo Mendoza
Asesor tutor:
Mtro. Leónidas Onésimo Vidal Espinosa
Asesor titular:
Dra. Gabriela García Ortiz
Dedicatorias
• A Dios, origen y destino de la sabiduría del hombre.
• A mis padres, Euclides y Martha, por su entrega abnegada a mi educación y por
cultivar en mí el deseo perenne de crecer en conocimiento.
• A mi amada esposa Katalina y a nuestra querida hija María José. Su amor
incondicional ha sido un soporte determinante en la consecución de este importante
logro. Gracias por prestarme un poco de nuestro tiempo para dedicarle a este trabajo.
• A mis hermanos, Martha Cecilia y Euclides Alfonso, por su motivación en favor de
mi crecimiento intelectual.
• A mis sobrinos Joshua, Ingrid, Santiago, Camilo y Sara. Que este logro sirva de
inspiración para sus propios proyectos profesionales.
• A todos mis familiares y amigos. Su cariño y apoyo me llenaron de fuerzas en los
momentos más difíciles.
Agradecimientos
El autor del presente trabajo de investigación desea agradecer:
• Al director de la institución educativa donde se realizó el estudio, Hno. Armando
Solano Suárez, FSC., por su apertura y disposición para la ejecución del trabajo de
campo. El reconocimiento es extensivo a los coordinadores y docentes por su interés
y apoyo en el desarrollo de este proyecto.
• A los estudiantes que participaron en el estudio, así como a los padres de familia y
acudientes, quienes consintieron dicha participación.
• A la Dra. Gabriela García Ortiz, asesora titular, y al Mtro. Leónidas Onésimo Vidal
Espinosa, asesor tutor de esta tesis. Su acompañamiento permanente, su soporte y
motivación fueron factores fundamentales para la ejecución de cada una de las fases
del estudio.
• Al Dr. José Escamilla de los Santos, director de la Escuela de Graduados en
Educación del Tecnológico de Monterrey, y a todos los docentes del claustro, por su
contribución a la cualificación del profesorado en Latinoamérica.
• A los directivos, docentes y personal administrativo de la Universidad Autónoma de
Bucaramanga por su constante apoyo y su preocupación por el mejoramiento
académico de los educadores colombianos. Muchas gracias por brindarnos esta
oportunidad a los maestros del país.
• Al Ministerio de Educación de la República de Colombia, por los esfuerzos
Impacto del laboratorio virtual en el aprendizaje por descubrimiento de
la cinemática bidimensional en estudiantes de Educación Media
Resumen
El presente estudio tiene como propósito determinar el impacto del laboratorio virtual en
el aprendizaje por descubrimiento de la cinemática bidimensional en estudiantes de
décimo grado de Educación Media. El análisis se lleva a cabo desde tres dimensiones:
afectiva, referente a la actitud de los estudiantes hacia los conocimientos científicos y las
asignaturas de ciencia; cognitiva, concerniente al nivel de comprensión de los principios
de la cinemática bidimensional; y, expresiva, relacionada con la habilidad para resolver
problemas de física. El estudio se aborda desde el enfoque cuantitativo siguiendo un
diseño cuasiexperimental con pre-prueba, pos-prueba y grupos intactos, uno de ellos de
control. El tamaño de la muestra probabilística es de 56 sujetos, de los cuales 27 hicieron
parte del grupo experimental con el cual se siguió una estrategia didáctica mediada por el
uso del laboratorio virtual. El grupo de control estuvo conformado por 29 alumnos que
siguieron una estrategia de enseñanza tradicional. La prueba t-Student permitió establecer
que, en las dimensiones afectiva y cognitiva, existía diferencia significativa a favor de los
alumnos que emplearon una estrategia didáctica basada en el uso del laboratorio virtual.
En cuanto a la dimensión expresiva, se determinó que no existe diferencia significativa
entre los resultados obtenidos por los alumnos que emplearon el software de laboratorio
virtual y aquellos que siguieron una estrategia de enseñanza tradicional.
Palabras clave: Laboratorio virtual, simulador, física, cinemática, aprendizaje por
Tabla de Contenidos
Introducción ………. 14
Capítulo 1. Planteamiento del problema ………. 17
1.1 Marco Contextual ……… 17
1.2 Antecedentes del Problema ………. 18
1.3 Planteamiento del Problema ……… 26
1.4 Objetivos de Investigación ……….. 28
1.4.1 Objetivo general ………. 28
1.4.2 Objetivos específicos ………. 28
1.5 Justificación ………. 29
1.6 Limitaciones del Estudio ………. 31
1.7 Definición de Términos ………... 32
Capítulo 2. Marco Teórico ……….. 34
2.1 El Laboratorio Virtual ……….. 35
2.1.1 La simulación a través del laboratorio virtual ………... 35
2.1.2 El rol del docente y las relaciones en el aula de informática ……… 38
2.1.3 El laboratorio virtual y el proceso de indagación científica ………. 43
2.2 El Aprendizaje por Descubrimiento ………. 45
2.2.1 El aprendizaje por descubrimiento como modelo didáctico de enseñanza de las ciencias ……… 45
2.2.2 Otras contribuciones de la psicología a la enseñanza de las ciencias …... 48
2.2.2.1 Enseñanza expositiva ……… 48
2.2.2.3 Enseñanza mediante investigación dirigida ……….. 51
2.2.2.4 Enseñanza por explicación y contrastación de modelos ………... 54
2.3 El Laboratorio Virtual en el Aprendizaje por Descubrimiento de la Física …. 56 2.3.1 El laboratorio virtual y el estudio de la cinemática en un modelo didáctico de aprendizaje por descubrimiento ………. 56
2.3.2 Posibilidades del laboratorio virtual en el estudio del lanzamiento parabólico ………... 61
2.3.3 Posibilidades del laboratorio virtual en el estudio del movimiento circular uniforme ……… 64
2.4 Investigaciones Empíricas Relacionadas ……….. 66
2.4.1 Objetivo de las investigaciones y contexto donde se llevaron a cabo ….. 66
2.4.2 Metodología de las investigaciones ……….. 69
2.4.3 Resultados de las investigaciones ………. 73
2.4.4 Recomendaciones de las investigaciones ……….. 78
2.4.5 Trabajos futuros recomendados en las investigaciones ……… 79
Capítulo 3. Metodología ……….. 81
3.1 Contexto sociodemográfico en el que se llevará a cabo la investigación ……. 81
3.2 Enfoque metodológico ……….. 82
3.2.1 Formulación de hipótesis ……….. 83
3.3 Justificación de la elección del enfoque ………... 84
3.4 Población y muestra ……….. 87
3.5 Instrumentos de recolección de datos ………... 88
3.5.1 Definición de variables ………. 88
3.5.3 Validación de los instrumentos de recolección de datos ……….. 92
3.6 Procedimientos ………. 93
3.6.1 Fase pre-instruccional ………... 94
3.6.2 Fase instruccional ……….. 95
3.6.3 Fase post-instruccional ……….. 97
3.7 Estrategia de análisis de datos ……….. 98
Capítulo 4. Resultados ………. 102
4.1 Comprobación de la validez y fiabilidad de los instrumentos ……….. 102
4.1.1 Test de Penichet y Mato ……… 103
4.1.2 Prueba estandarizada sobre los conceptos y principios de la cinemática bidimensional ………. 104
4.1.3 Prueba de solución de problemas relacionados con la cinemática bidimensional ………. 105
4.2 Situación de los estudiantes en la fase pre-instruccional ……….. 107
4.2.1 Actitud hacia la ciencia, los conocimientos científicos y las asignaturas de ciencias ……….. 107
4.2.1.1. Grupo experimental ………. 107
4.2.1.2. Grupo de control ……….. 110
4.2.1.3. Validación de la equivalencia inicial entre los grupos ………… 113
4.2.2 Nivel de comprensión de los principios de la cinemática bidimensional . 114 4.2.2.1. Grupo experimental ………. 114
4.2.2.2. Grupo de control ……….. 115
4.2.2.3. Validación de la equivalencia inicial entre los grupos ………… 117
4.3.1 Actitud hacia la ciencia, los conocimientos científicos y las asignaturas
de ciencias ……….. 118
4.3.1.1. Grupo experimental ………. 118
4.3.1.2. Grupo de control ……….. 122
4.3.1.3. Prueba de la primera hipótesis de investigación ……….. 125
4.3.2 Nivel de comprensión de los principios de la cinemática bidimensional . 126 4.3.2.1. Grupo experimental ………. 126
4.3.2.2. Grupo de control ……….. 128
4.3.2.3. Prueba de la segunda hipótesis de investigación ………. 130
4.3.3 Uso del laboratorio virtual y desarrollo de habilidades para resolver problemas de física ……… 131
4.3.3.1. Resultados de los grupos de estudio ……… 131
4.3.3.2. Prueba de la tercera hipótesis de investigación ………... 133
4.4 Análisis de resultados ………... 134
Capítulo 5. Conclusiones ………. 137
5.1 Hallazgos ……….. 137
5.2 Recomendaciones ………. 142
5.2.1 Aplicaciones prácticas derivadas del estudio ……… 142
5.2.2 Debilidades ………... 143
5.2.3 Futuras investigaciones ………. 145
Referencias ……….. 147
Apéndice A ……….. 157
Apéndice B ……….. 161
Apéndice D ……….. 167
Apéndice E ……….. 168
Apéndice F ……….. 169
Apéndice G ……….. 170
Currículum Vitae ………. 172
Índice de Tablas
Tabla 1. Ideas previas relacionadas con la mecánica clásica de partículas …………. 53
Tabla 2. Algunos programas representativos del género de laboratorios virtuales …. 56
Tabla 3. Diseño cuasiexperimental con preprueba, posprueba y grupo de control …. 79
Tabla 4. Características generales de los grupos participantes en el estudio ……….. 84
Tabla 5. Definición conceptual y operacional de las variables de estudio ………….. 84
Tabla 6. Codificación de las categorías para cada ítem de la escala de actitud hacia
la ciencia de Penichet y Mato ……….. 85
Tabla 7. Categorías, subcategorías y codificación de ítems para la prueba
estandarizada sobre los conceptos y principios de la cinemática bidimensional …… 86
Tabla 8. Codificación de las subcategorías para cada categoría en la prueba de
solución de problemas relacionados con la cinemática bidimensional ………... 87
Tabla 9. Coeficientes de correlación de Pearson entre ítems del test de Penichet y
Mato ………. 100
Tabla 10. Resultados de la validación de la fiabilidad intraevaluadora ……….. 102
Tabla 11.Resultados de la validación de la fiabilidad interevaluadora ……….. 102
Tabla 12.Clasificación de los estudiantes del grupo experimental según su actitud
hacia la ciencia, en base a los resultados del pretest de Penichet y Mato …………... 103
Tabla 13.Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo
experimental a los ítems con enunciado positivo del pretest de Penichet y Mato ….. 105
Tabla 14.Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo
experimental a los ítems con enunciado negativo del pretest de Penichet y Mato …. 106
Tabla 15.Clasificación de los estudiantes del grupo de control según su actitud
Tabla 16. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo de
control a los ítems con enunciado positivo del pretest de Penichet y Mato ………… 108
Tabla 17.Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo de
control a los ítems con enunciado negativo del pretest de Penichet y Mato ………... 109
Tabla 18. Clasificación de los estudiantes del grupo experimental según su nivel de
comprensión de los principios de la cinemática bidimensional, en base a los
resultados de la preprueba estandarizada ……… 110
Tabla 19. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo
experimental en la preprueba estandarizada sobre los conceptos de la cinemática
bidimensional ……….. 111
Tabla 20. Clasificación de los estudiantes del grupo de control según su nivel de
comprensión de los principios de la cinemática bidimensional en base a los
resultados de la preprueba estandarizada ……… 112
Tabla 21. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo de
control en la preprueba estandarizada sobre los conceptos de la cinemática
bidimensional ……….. 113
Tabla 22. Clasificación de los estudiantes del grupo experimental según su actitud
hacia la ciencia, en base a los resultados del postest de Penichet y Mato …………... 115
Tabla 23. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo
experimental a los ítems con enunciado positivo del postest de Penichet y Mato ….. 116
Tabla 24. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo
experimental a los ítems con enunciado negativo del postest de Penichet y Mato …. 117
Tabla 25. Clasificación de los estudiantes del grupo de control según su actitud
hacia la ciencia, en base a los resultados del postest de Penichet y Mato …………... 118
Tabla 26. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo de
Tabla 27. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo de
control a los ítems con enunciado negativo del postest de Penichet y Mato ………... 120
Tabla 28. Resultados de los grupos experimental y de control en el postest de
Penichet y Mato ………... 121
Tabla 29. Clasificación de los estudiantes del grupo experimental según su nivel de
comprensión de los principios de la cinemática bidimensional, en base a los
resultados de la posprueba estandarizada ……… 122
Tabla 30. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo
experimental en la posprueba estandarizada sobre los conceptos de la cinemática
bidimensional ……….. 123
Tabla 31. Clasificación de los estudiantes del grupo de control según su nivel de
comprensión de los principios de la cinemática bidimensional, en base a los
resultados de la posprueba ………... 124
Tabla 32. Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos del grupo de
control en la posprueba estandarizada sobre los conceptos principios de la
cinemática bidimensional ……… 125
Tabla 33. Resultados de los grupos experimental y de control en la posprueba
estandarizada sobre los conceptos y principios de la cinemática bidimensional …… 127
Tabla 34. Media (x)y desviación estándar (σ) obtenida por los grupos experimental y de control en la prueba de solución de problemas relacionados con la cinemática
Índice de Figuras
Figura 1. Fases de una estrategia instruccional basada en el uso de laboratorio
Virtual ……….. 40
Figura 2. Fases de una secuencia didáctica basada en aprendizaje por
descubrimiento ……… 43
Figura 3. Fases del modelo didáctico de enseñanza expositiva ……….. 45
Figura 4. Fases de una secuencia didáctica basada en investigación dirigida ………. 49
Figura 5. Modelos didácticos para la enseñanza de las ciencias ………. 51
Figura 6. Experimento virtual sobre cinemática. Desarrollado en Newton® ………. 55
Figura 7. Experimento virtual sobre lanzamiento parabólico. Desarrollado en
Interactive Physics® ……… 59
Figura 8. Experimento virtual sobre movimiento circular uniforme. Desarrollado en
PhET© ………. 61
Figura 9. Cronograma de desarrollo de las fases y actividades del cuasiexperimento 93
Figura 10. Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas por el grupo
experimental en el pretest de Penichet y Mato ……… 104
Figura 11. Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas por el grupo de
control en el pretest de Penichet y Mato ………. 107
Figura 12. Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas por el grupo
experimental en el postest de Penichet y Mato ………... 115
Figura 13. Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas por el grupo de
control en el postest de Penichet y Mato ………. 118
Introducción
El presente reporte es el resultado de un trabajo de investigación que se desarrolló
con el propósito de determinar el impacto del laboratorio virtual en el aprendizaje por
descubrimiento de la cinemática bidimensional en estudiantes de décimo grado de
Educación Media. Este propósito general se concretó en tres objetivos específicos:
establecer la relación entre la utilización de esta herramienta y la actitud de los alumnos
hacia asignaturas de ciencias, determinar si existe diferencia en el nivel de comprensión
de los principios de la cinemática bidimensional, entre alumnos que usan el software y
aquellos que reciben instrucción tradicional, y, establecer la relación entre el uso del
laboratorio virtual y el desarrollo de habilidades para resolver problemas de física.
El estudio aporta importantes elementos de juicio en relación con la incidencia del
laboratorio virtual en el aprendizaje de la física. Asimismo, el presente trabajo contribuye
a la reflexión sobre la didáctica en la enseñanza de la física escolar, y el impacto de estas
estrategias en la motivación de los alumnos y la comprensión de los temas tratados. En
ese sentido, los docentes encontrarán en los resultados del estudio, información valiosa
que les ayude en la toma de decisiones sobre la incorporación del laboratorio virtual
como estrategia didáctica. Los directivos docentes tendrán un elemento de análisis para la
integración de recursos tecnológicos en el currículo. Los investigadores interesados en la
integración de tecnología en ambientes de aprendizaje, encontrarán en este estudio una
importante fuente de información.
Este reporte está organizado en cinco capítulos en los cuales se presentan, en su
empleada, los resultados y las conclusiones del estudio. A continuación se presenta en
forma sintética el contenido de cada uno de los capítulos que conforman el reporte.
En el capítulo 1 se determina el objeto de estudio, para lo cual se presentan los
argumentos que fundamentan la importancia científica y práctica del problema abordado.
La importancia científica se basa en el aporte al conocimiento que se hace al responder la
pregunta de investigación planteada. La importancia práctica se representa en los
alcances que tiene la respuesta a esa pregunta de investigación en la práctica educativa.
En este capítulo se establece el marco contextual, los antecedentes y el planteamiento del
problema, los objetivos, la justificación y las limitaciones del trabajo de investigación.
El capítulo 2 presenta el marco teórico. En él se exponen los constructos que
enmarcan el trabajo de investigación. Se hace una completa exposición sobre la
aplicación del laboratorio virtual en el proceso de indagación científica. De la misma
manera, se describe el modelo didáctico conocido como aprendizaje por descubrimiento y
otras estrategias didácticas como contribuciones de la psicología en la educación
científica. El capítulo presenta la relación entre el uso del laboratorio virtual y la
adopción del modelo didáctico de aprendizaje por descubrimiento en el estudio del
lanzamiento parabólico y del movimiento circular uniforme. En la parte final del capítulo
se resumen las más relevantes investigaciones empíricas relacionadas con el tema.
En el tercer capítulo se presenta el marco metodológico. Se describe el contexto
sociodemográfico donde se desarrolló el estudio, se presenta la elección del enfoque de
investigación y se define su alcance. Se precisa el diseño metodológico que orientó el
de la perspectiva metodológica, se hace una caracterización de los sujetos que
participaron en el estudio y de los instrumentos para la recolección de datos. Finalmente,
se presenta el procedimiento seguido y la estrategia para el análisis de los datos.
Las respuestas a las preguntas de investigación son presentadas en el capítulo 4.
El capítulo empieza explicando el procedimiento seguido para la validación de los
instrumentos. También se describen las variables de investigación en términos de
medidas de tendencia central y de dispersión. La prueba de hipótesis es desarrollada a
través de análisis paramétrico. La información principal se presenta a través de tablas y
gráficos que ratifican los hallazgos. El análisis se lleva a cabo con el objetivo de dar
respuesta a la pregunta general formulada en el planteamiento del problema. La respuesta
implica comparar el nivel alcanzado por los alumnos de cada grupo de trabajo, en las tres
dimensiones del estudio: actitud hacia la ciencia, comprensión de los conceptos de la
cinemática bidimensional y habilidades en resolución de problemas de física.
En el quinto y último capítulo se resumen los principales hallazgos del estudio en
las tres dimensiones anteriormente descritas. Estas conclusiones son asociadas a las
preguntas y a los objetivos que orientaron la investigación. Posteriormente se plantean
algunas recomendaciones puntuales sobre aplicaciones prácticas, derivadas de manera
directa de los hallazgos del estudio. Asimismo, se señalan algunos aspectos que pueden
considerarse como puntos débiles del trabajo de investigación. Finalmente, se sugieren
Capítulo 1. Planteamiento del problema
El objetivo general de este capítulo es precisar el objeto de estudio del presente
trabajo de investigación. Para ello se presentan los argumentos que fundamentan la
importancia científica y práctica del problema que se aborda, apoyándolos en la literatura
revisada. La importancia científica está basada, principalmente, en el aporte al
conocimiento que se hace al responder la pregunta de investigación planteada. La
importancia práctica está representada en los alcances que tiene la respuesta a esa
pregunta de investigación en la práctica educativa.
El capítulo está conformado por siete apartados que muestran la argumentación
que llevó a identificar el problema de investigación. Primeramente se detalla el marco
contextual; este apartado describe las características de los estudiantes y del plantel
educativo donde se llevó a cabo la investigación. En el apartado de antecedentes se
explica el origen del problema. El planteamiento del problema presenta la pregunta
principal de investigación así como las preguntas que se derivan de ésta. Los objetivos
muestran lo que se pretende estudiar y aportar. En la justificación se explica la
importancia del estudio y las utilidades prácticas del mismo. Finalmente se describen las
limitaciones del trabajo de investigación y se presenta un compendio de términos claves
utilizados a lo largo de este documento.
1.1Marco Contextual
Los estudiantes que participaron en este estudio son jóvenes de ambos sexos, que
tienen entre 14 y 16 años de edad y que cursan décimo grado de Educación Media
familias con un nivel socioeconómico medio y medio-bajo. El plantel educativo donde se
llevó a cabo la investigación fue fundado en 1975 y se encuentra ubicado en la ciudad de
Cartagena de Indias, departamento de Bolívar, República de Colombia. La institución es
de carácter público y presta el servicio educativo en los niveles de pre-escolar, básica
primaria, básica secundaria y media.
El presente estudio se sitúa en la enseñanza de las Ciencias Naturales, más
específicamente en la asignatura de Física. Uno de los propósitos fundamentales de la
enseñanza de las Ciencias Naturales en el nivel de Educación Media es que el estudiante
comprenda que el acercamiento al trabajo científico le brinda instrumentos para entender
el mundo que lo rodea, desde un punto de vista que supera lo cotidiano y las creencias
populares, y actuar con ellos constructivamente.
Concretamente, este trabajo de investigación se centra en el aprendizaje de la
cinemática bidimensional. Este tema específico se encuentra comprendido en el eje
conceptual denominado mecánica clásica de partículas, donde se estudian diversos
eventos relacionados con el movimiento. Es importante hacer notar que en el nivel de
Educación Media se busca que los estudiantes puedan hacer análisis cuantitativos y
cualitativos de estos eventos.
1.2Antecedentes del Problema
El plantel donde se llevó a cabo la investigación contempla en su Proyecto
Educativo Institucional, la enseñanza intensificada de las Ciencias Naturales en los
grados correspondientes al nivel de Educación Media. Es así como las asignaturas de
El propósito que la institución busca al impartir estas asignaturas es el de desarrollar
competencias propias del quehacer científico, tales como la interpretación de situaciones,
el planteamiento de hipótesis y regularidades y el establecimiento de condiciones.
En términos generales, el desempeño de la institución en las pruebas censales
externas ha sido bueno. Es así como los resultados de las pruebas SABER 11, que
implementa el Instituto Colombiano para el Fomento de la Educación Superior (ICFES),
han referenciado a la institución en la categoría de desempeño Superior, durante los
últimos nueve años. Sin embargo, la institución no ha alcanzado la meta de mejorar su
clasificación y pasar a la máxima categoría de desempeño: Muy Superior.
Particularmente en la asignatura de Física, el desarrollo de competencias alcanzado en la
prueba se ubica en el nivel medio.
En ese sentido, es importante subrayar que el uso de recursos audiovisuales,
informáticos y, en general, de las nuevas tecnologías para la información y la
comunicación (NTIC) se ha extendido a las diferentes actividades humanas y científicas,
incluyendo, por supuesto, la educación. Estas aplicaciones fortalecen el nuevo enfoque de
sociedad del conocimiento e impactan notablemente en la escuela, una de las unidades
fundamentales del sector educativo, así como a los docentes y estudiantes como
protagonistas del proceso de enseñanza-aprendizaje. Progresivamente, tanto los
educadores como otros profesionales vienen haciendo esfuerzos para perfeccionar sus
habilidades en el uso de la tecnología. (Olivero y Chirinos, 2007).
La incidencia de las NTIC y el efecto que en la educación tiene el desarrollo de
especial en lo que respecta al trabajo en el aula. Ante este panorama, se hace necesario
considerar las posibles aplicaciones que las nuevas tecnologías ofrecen como recurso
pedagógico y como medio educativo (Contreras, García y Ramírez, 2010). Una de tales
aplicaciones es la utilización del computador en tareas instruccionales. Además de ser un
medio de comunicación muy efectivo, es también un valioso instrumento de aprendizaje.
En ese sentido, el computador puede ser usado de manera exclusiva o junto con otros
recursos con el propósito de optimizar las prácticas pedagógicas.
El computador representa, entonces, un componente fundamental de las NTIC y
en la medida que esta herramienta se ha ido desarrollando, los educadores han hecho uso
de ella para impulsar las prácticas de enseñanza. No obstante, al examinar experiencias
educativas en diversos países, se puede observar que el método de enseñanza cara a cara
es aún la práctica más común de instrucción. Este modelo de instrucción se fundamenta
en un ambiente de enseñanza centrado en el profesor, en el cual la conferencia magistral
se constituye en la principal actividad instruccional.
Bajo este modelo de enseñanza los estudiantes pueden presentar problemas en la
asignación de significados, en la comprensión del contenido en su conjunto, en la
localización de nueva información en el esquema mental propio y en la producción de
conocimiento. Es importante hacer notar que los conceptos que se manejan en la
enseñanza de la física son, en su mayoría, abstractos. En un modelo de instrucción cara a
cara, estos conceptos se hacen más difíciles de comprender, lo que afecta la actitud de los
estudiantes hacia el estudio de esta asignatura (Cildir, 2005). En este sentido, la
enseñanza asistida por computador puede constituirse en una valiosa estrategia para
Varios autores (Bayrak, 2008; Cotton, 1991; Olivero y Chirinos, 2007) sostienen
que la enseñanza asistida por computador le otorga al estudiante el control de su
aprendizaje, al tiempo que le permite a los estudiantes progresar a su propio ritmo,
participar más a gusto en los esfuerzos de aprendizaje, aprender con mayor eficacia,
utilizar una variedad de materiales didácticos, realizar un seguimiento de las experiencias
de aprendizaje, obtener respuestas directas a sus preguntas, disponer de información
instantánea sobre sus fortalezas y debilidades y llevar a cabo experimentos que serían
difíciles de realizar en la vida real. Por lo general, el computador hace más agradable la
experiencia de aprendizaje.
De otro lado, si se toman las precauciones necesarias y si se hacen previamente
los arreglos de acuerdo a las necesidades de los estudiantes, las aplicaciones asistidas por
computador pueden ayudar a los estudiantes a aprender en forma permanente. Las
ciencias naturales son particularmente apropiadas para la aplicación de la enseñanza
asistida por computador, ya que hay un gran número de conceptos y principios científicos
que se pueden ilustrar a través de gráficos, animaciones o elementos multimedia.
El objetivo principal de la enseñanza asistida por computador es entregar los
contenidos de la asignatura y realizar actividades instruccionales con la ayuda de
aplicaciones informáticas. Ciertos géneros de programas de computador pueden ser
utilizados para presentar los temas. Las simulaciones, que permiten la representación de
acontecimientos de la vida real en un ambiente controlado, son programas eficaces que
mejoran los esfuerzos de aprendizaje. Con ellos, los estudiantes pueden tomar sus propias
decisiones para cada problema y ver los resultados de sus decisiones en un entorno
En este panorama, el punto crítico en el propósito de impulsar el uso didáctico de
las NTIC lo constituye la formación del profesorado. Asimismo, la interactividad debe
considerarse como factor predominante en el aprendizaje de las ciencias naturales,
particularmente de la física, ya que favorece la aprehensión de conceptos, principios y
leyes de la mecánica clásica de partículas, los eventos ondulatorios, la termodinámica y el
electromagnetismo. Este nivel de comprensión puede alcanzarse exponiendo los
elementos básicos y complementando el estudio con análisis cualitativos y cuantitativos
de los eventos, mediante gráficas y animaciones (Cabero, 1999).
En el contexto educativo se han determinado ciertos ambientes cuyo propósito es
el de recrear una realidad con la que los estudiantes puedan establecer contacto. En ese
sentido, el laboratorio se constituye en un espacio donde los estudiantes pueden tener una
aproximación a los fenómenos estudiados y a los principios y leyes que los regulan. El
desarrollo de las NTIC ha propiciado el surgimiento de entornos alternativos que ofrecen
la posibilidad de apoyar o sustituir el ambiente del laboratorio tradicional. En la mayoría
de los casos, estos entornos, genéricamente denominados simuladores, eliminan los
peligros generados por el uso de cierto tipo de materiales y reducen los costos que
conlleva la experimentación con materiales reales (Amaya, 2009).
Dentro de los propósitos fundamentales de los simuladores en el ámbito educativo
está el brindar apoyo en la transferencia de conocimiento. Es posible establecer un
modelo de categorización para la transferencia de conocimiento, por ejemplo: se puede
considerar que el nivel mínimo de transferencia es el dato. Cuando los datos se proveen
de significado se establece el segundo nivel de transferencia, la información. La siguiente
categoría superior para la transferencia es la destreza, relacionada con las competencias
específicas (Bender y Fish, 2000).
Los laboratorios virtuales, como una variedad particular de simuladores, son una
herramienta útil para la aprehensión de significados, el desarrollo de habilidades
procedimentales, la construcción de conocimientos y la descontextualización de éstos. El
laboratorio virtual se constituye en un instrumento mediante el cual los estudiantes tienen
la posibilidad acceder a diversos contextos, a los cuales les resultaría muy difícil
aproximarse, dadas las condiciones del entorno educativo donde aprenden. Es importante
hacer notar que, en la actualidad, la simulación se constituye en un apoyo de uso cada vez
más frecuente en el desarrollo científico, anteriormente fundamentado sólo en la
experimentación.
Los laboratorios virtuales de física ofrecen un modelo de algún evento mecánico,
ondulatorio, electromagnético o termodinámico, permitiéndole al usuario la manipulación
de ciertos elementos, parámetros y variables, reproducir el modelo y observar los
resultados en la pantalla del computador (Escamilla, 2000). En la actualidad, el desarrollo
de las NTIC ha puesto a disposición de todos, diferentes medios para el almacenamiento
de la información. De la misma manera, estas herramientas tecnológicas ofrecen la
posibilidad de representar fenómenos físicos en la pantalla del computador en vez de
hacerlo en la pizarra o en papel (Rosario, 2005).
Aunque la cantidad de estudios sobre los laboratorios virtuales ha ido aumentando
en los últimos años, aún existe mucha materia de investigación. No obstante, se dispone
general, especialmente al nivel de educación superior (Bayrak, 2008; Catalán, Serrano y
Concari, 2010; Debel, Cuicas, Casadei, y Álvarez, 2009). En ingeniería, por ejemplo, se
han desarrollado laboratorios virtuales de física, a los que se puede acceder remotamente
en tiempo real, lo que enriquece la experiencia de aprendizaje del estudiante. Este tipo de
herramientas elimina las restricciones asociadas al uso de laboratorios tradicionales, tales
como optimización del tiempo, los costos de la adquisición de los instrumentos, los
gastos operacionales, la escasez de recurso humano, y el horario disponible. (Catalán et
al., 2010).
Otra área de formación profesional en la que el uso de simuladores ha ido en
aumento es la medicina. El acelerado desarrollo de la tecnología computacional ofrece
cierto género de aplicaciones que permiten recrear eventos clínicos con un nivel de
realismo bastante significativo. Esto les da la posibilidad a los futuros profesionales de la
salud de tener una participación protagónica en su proceso de aprendizaje. El uso de
entornos de simulación promueve, además, el trabajo interdisciplinar y las diversas
perspectivas de aprendizaje (Bradley, 2005).
Otras investigaciones se han desarrollado con el propósito de evaluar la
efectividad de los simuladores. Cabrera (2003), por ejemplo, adelantó un estudio sobre el
uso de simuladores y modeladores como mediadores del proceso de formación en
sistemas de gestión de la calidad. Los resultados del estudio muestran diferencias
estadísticamente significativas entre los estudiantes que utilizaron el software de
simulación y los que recibieron instrucción tradicional. En el grupo experimental se
observó un mayor nivel de aprehensión de las causas de la problemática estudiada. Esto
En el ámbito educativo colombiano, el Plan Decenal de Educación (PNDE) 2006
– 2016 plantea como uno de los fines del sistema educativo el aseguramiento del acceso,
utilización y apropiación de las TIC como instrumentos para el aprendizaje, el avance
científico, el desarrollo humano y el impulso de la sociedad del conocimiento. Con este
propósito, uno de los desafíos que plantea el PNDE es la formulación de políticas
nacionales que promuevan la utilización de estrategias didácticas activas basadas en
NTIC, que favorezcan el aprendizaje autónomo, colaborativo y el pensamiento crítico y
creativo (Ministerio de Educación, 2008). Hoy en día, muchas instituciones han
actualizado sus proyectos educativos (P.E.I.) para integrar las NTIC como agentes
transformadores de los entornos de enseñanza.
Actualmente existe un gran número de recursos digitales disponibles, unos
elaborados con fines comerciales por empresas especializadas, y otros desarrollados por
docentes. Dentro de ese gran catálogo de recursos se encuentran programas educativos así
como otros objetos de aprendizaje, como los simuladores. El material disponible cubre
varias áreas del conocimiento y un importante número son de dominio público. De otro
lado, existe un creciente interés por parte de muchos docentes, por desarrollar sus
propios recursos digitales y simuladores, para que se ajusten a sus requerimientos
curriculares particulares.
Gran parte de Latinoamérica aún no tiene el nivel de apropiación de las NTIC
como en Europa, Asia o Norteamérica. En ese sentido, han resultado muy útiles las
investigaciones de Contreras et al. (2010) y Amaya (2009), que han estudiado el impacto
que tiene el uso de diversos entornos tecnológicos en el proceso de
investigaciones han estudiado el efecto de los simuladores en la enseñanza de la Física a
nivel de educación superior (García y Gil, 2006; Esquembre, 2005; Kofman, Catalán y
Concari, 2004; Giorgi, Cámara y Kofman, 2004; Fogliati Catalán y Concari, 2004;
Catalán et al. 2010).
Existe un considerable número de estudios que analizan el impacto de la
simulación por computador en el aprendizaje de la física, la mayoría de ellos enfocados a
niveles universitarios y postsecundarios. Bayrak (2008) presenta un análisis comparativo
de la eficacia de dos métodos de enseñanza en la asignatura Física II en un programa de
educación superior. Uno de esos métodos se basa en la instrucción asistida por ordenador
realizada a través de simulación y el otro en una estrategia de enseñanza cara a cara. En
ese mismo sentido, Olivero y Chirinos (2007) desarrollaron una propuesta didáctica para
la enseñanza de la mecánica y la óptica en un programa de formación profesional,
mediada por la simulación por computador. En su estudio los autores analizan la
incidencia de esta herramienta en el aprendizaje de los estudiantes.
1.3Planteamiento del Problema
La Física como asignatura constituyente del área de las Ciencias Naturales juega
un papel muy importante en la estructuración de un pensamiento científico de los
estudiantes. Las NTIC como herramientas mediadoras del proceso enseñanza-aprendizaje
les brinda a los actores educativos la posibilidad de nuevas aproximaciones hacia los
fenómenos físicos que se estudian, a través de diversos análisis cualitativos y
En Latinoamérica, las inversiones en NTIC orientadas a los procesos educativos
han ido en aumento. Particularmente, las inversiones anuales en equipos son del orden de
los cientos de millones de dólares. En este contexto resulta primordial discutir sobre la
incidencia de la tecnología en los aprendizajes básicos que deben alcanzar todos los
estudiantes y que han sido contemplados en los lineamientos curriculares para cada una
de las asignaturas en cada país (Trucco, 2010).
Trucco (2010) señaló en la Conferencia Internacional de la UNESCO sobre el
impacto de las NTIC en la educación, que las pruebas e indicadores internacionales que
son realizadas no han profundizado en el posible impacto de las NTIC en la educación.
Dentro de esas pruebas e indicadores se pueden mencionar el Laboratorio
Latinoamericano de Evaluación de la calidad de la Educación (LLECE), el Estudio
Internacional de Tendencias en Matemáticas y Ciencias (TIMSS) y el Informe del
Programa Internacional para la Evaluación de Estudiantes (PISA).
En ese sentido, la intención investigativa de este estudio resulta muy importante
ya que se pretende establecer el impacto que tiene el uso de una herramienta tecnológica,
como lo es el laboratorio virtual, en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Física.
Asimismo, el presente trabajo de investigación pretende determinar una posible relación
entre el uso de este instrumento tecnológico y el rendimiento académico de los
estudiantes en la asignatura en cuestión.
Concretamente, se pretende dar respuesta a la siguiente pregunta, ¿Cuál es el
bidimensional en estudiantes de décimo grado de Educación Media? De esta pregunta
principal se derivan las siguientes preguntas:
Para el grado décimo de Educación Media, ¿existe relación entre la utilización
de un laboratorio virtual y la actitud de los estudiantes hacia la ciencia, los
conocimientos científicos y las asignaturas de ciencias?
¿Existe diferencia estadísticamente significativa en el nivel de comprensión de la
cinemática bidimensional, entre estudiantes que reciben instrucción mediada por un
laboratorio virtual y estudiantes que reciben instrucción tradicional?
¿Existe relación entre el uso del laboratorio virtual y el desarrollo de habilidades
para resolver problemas de física?
1.4Objetivos de Investigación
A continuación se presenta el objetivo general y los objetivos específicos del
presente trabajo de investigación.
1.4.1 Objetivo general
Determinar el impacto del laboratorio virtual en el aprendizaje por descubrimiento
de la cinemática bidimensional en estudiantes de décimo grado de Educación Media.
1.4.2 Objetivos específicos
• Establecer la relación entre la utilización del laboratorio virtual y la actitud de los
estudiantes de décimo grado de Educación Media hacia la ciencia, los
• Determinar si existe diferencia en el nivel de comprensión de los principios de la
cinemática bidimensional, entre estudiantes que reciben instrucción mediada por
un laboratorio virtual y estudiantes que reciben instrucción tradicional, para el
décimo grado de Educación Media.
• Establecer la relación entre el uso del laboratorio virtual y el desarrollo de
habilidades para resolver problemas de física, en el décimo grado de Educación
Media.
1.5Justificación
La utilización de recursos tecnológicos como mediadores en el proceso de
enseñanza-aprendizaje es una práctica que se está haciendo cada vez más común. En la
enseñanza de las ciencias naturales, por ejemplo, la utilización de programas informáticos
que modelan y simulan diversos fenómenos físicos, químicos y biológicos se ha
convertido en un área de interés por parte de docentes e investigadores. Existen
importantes investigaciones sobre el tema, sin embargo, la mayor parte de los estudios se
orientan hacia la Educación Superior o Postsecundaria (García y Gil, 2006; Esquembre,
2005; Kofman et al., 2004; Giorgi et al., 2004; Fogliati et al., 2004; Catalán et al., 2010;
Sierra, 2005; Casadei, Cuicas, Debel y Álvarez, 2008). En el nivel de Educación Media,
algunos estudios describen la incidencia de la simulación por computador en la enseñanza
de la Física, específicamente sobre ejes temáticos relacionados con la termodinámica
(Becerra, 2005) y los principios de electricidad (Amaya, 2008).
En ese escenario, este estudio aporta importante evidencia empírica relacionada
Educación Media y, concretamente, en la enseñanza de la cinemática bidimensional. En
el mismo sentido, el presente trabajo de investigación contribuye a la reflexión
pedagógica referida a las estrategias empleadas en la enseñanza de la física escolar, y el
impacto de estas sobre la actitud y la motivación de los estudiantes, así como sobre el
nivel de comprensión de los temas tratados.
Los beneficios de esta investigación pueden valorarse desde el enfoque de los
diferentes actores del proceso educativo: docentes, directivos docentes, investigadores y
autoridades educativas. En primer lugar, este estudio aporta información importante que
le permite a los docentes tomar decisiones sobre la incorporación del laboratorio virtual
como estrategia didáctica en sus prácticas de aula. Asimismo, los directivos docentes
tendrán un elemento más para considerar la integración de recursos y medios
tecnológicos en el currículo de las instituciones educativas. Los investigadores
interesados en el campo de la simulación por computador como apoyo a los procesos de
enseñanza, encontrarán en esta investigación una importante fuente de información.
De otro lado, las autoridades en materia de educación también se beneficiarán de
este estudio, ya que les aportará una referencia para el análisis en el diseño de políticas
sobre el uso de tecnología para apoyar procesos pedagógicos. En especial, ésta y otras
investigaciones relacionadas, contribuyen a establecer un marco de referencia para la
formulación de orientaciones metodológicas para la enseñanza de la física en la
1.6Limitaciones del Estudio
La investigación se llevó a cabo durante el año lectivo 2011. Durante el primer
semestre del año se desarrolló el componente conceptual del estudio que comprende el
planteamiento del problema, el marco teórico y la metodología. El trabajo de campo, la
recolección de datos, así como la presentación de los resultados del estudio y las
conclusiones del mismo, fueron desarrollados durante el segundo semestre. Esta
restricción de tiempo obligó a limitar el estudio, específicamente a la incidencia del
laboratorio virtual en el aprendizaje de la cinemática bidimensional.
El estudio se desarrolló con estudiantes de grado décimo de Educación Media en
una institución localizada en Cartagena de Indias, Bolívar, Colombia. Las restricciones de
tiempo para la entrega de los avances de la investigación obligaron a tomar la decisión de
trabajar exclusivamente con los estudiantes de este grado y nivel educativo. En ese
mismo sentido, fue necesario seleccionar un diseño metodológico que permita obtener los
resultados requeridos en un tiempo relativamente corto (dos meses).
Es importante hacer notar que, el género de programas informáticos denominados
simuladores, comprende un gran número de aplicaciones que representan modelos de
diversos eventos de la vida real. Dentro de esa multiplicidad de aplicaciones, este trabajo
de investigación se centró específicamente en los laboratorios virtuales, considerados
como herramientas de software que permiten representar múltiples experiencias
didácticas en el ámbito de la física, la química o la biología en la pantalla del
De otro lado, tomando en consideración las diferentes perspectivas de aprendizaje
de las ciencias naturales, es importante precisar que la presente investigación abordó el
estudio de la incidencia de los laboratorios virtuales desde un enfoque basado en el
aprendizaje por descubrimiento, fundamento del proceso de enseñanza-aprendizaje de las
ciencias naturales. Esto supone que la instrucción se desarrolla en un ambiente de
aprendizaje centrado en el estudiante.
1.7Definición de Términos
Para la comprensión de los fundamentos y los resultados del presente trabajo de
investigación resulta primordial conocer el significado de ciertos términos de uso
frecuente. A continuación se presentan las definiciones de los términos básicos
manejados en este estudio:
Simulador. En el campo de la informática, se refiere a un género de programas
que reproducen las características y el comportamiento de un determinado sistema o
fenómeno, sea natural (físico, químico, biológico, etc.) o social (económico,
administrativo, operativo, etc.), a través de la modelación matemática (Amaya, 2009).
Laboratorio virtual. Se refiere a una aplicación informática, orientada a la
enseñanza o a la investigación, cuyo propósito es recrear un fenómeno natural a través de
la visualización de sus distintos estados. Éstos se describen mediante un conjunto de
variables que cambian de valor progresivamente de acuerdo a la ejecución de un
Aprendizaje por descubrimiento. Esta perspectiva de aprendizaje plantea que la
manera más significativa de que el estudiante aprenda ciencias es, precisamente, haciendo
ciencia. En ese sentido, el proceso de enseñanza de las ciencias debe fundamentarse en
experiencias que le brinden al alumno la oportunidad de investigar y recrear los
descubrimientos científicos. El docente debe plantear escenarios para el descubrimiento,
generando interrogantes o situaciones problemáticas para que los estudiantes propongan
soluciones (Sierra, 2005).
Cinemática bidimensional. La cinemática es la rama de la mecánica física que
estudia el movimiento ignorando las causas que lo producen. La cinemática
bidimensional comprende el estudio de los movimientos en los que la partícula se
desplaza simultánea e independientemente en los ejes horizontal y vertical. Como
ejemplos de esos movimientos están el lanzamiento parabólico y el movimiento circular
uniforme (Serway y Jewett, 2004).
Educación Media. Según el sistema educativo colombiano, descrito en la Ley 115
de 1994 (Ley General de Educación), la educación media sigue a la educación básica
secundaria y comprende dos grados (décimo y undécimo). Puede tener el carácter de
educación académica o técnica. La educación media académica le brinda la posibilidad al
alumno de profundizar en un campo específico de las ciencias, las artes o las
Capítulo 2. Marco Teórico
El presente capítulo tiene como propósito exponer los constructos que enmarcan
el trabajo de investigación. Para ello se hace una amplia descripción de la literatura
revisada y se presentan los resultados de los más importantes estudios relacionados con el
tema. Primeramente se presentan los conceptos relacionados con la simulación a través
del laboratorio virtual, así como el papel del docente y las nuevas relaciones en el aula de
informática. Se hace también una completa exposición sobre la aplicación del laboratorio
virtual en el proceso de indagación científica.
Seguidamente se hace un amplio despliegue conceptual sobre el modelo didáctico
conocido como aprendizaje por descubrimiento y su importancia en la enseñanza de las
ciencias. También se describen otras estrategias didácticas como contribuciones de la
psicología en la educación científica. Entre las estrategias presentadas están: la enseñanza
expositiva, el aprendizaje mediante el conflicto cognitivo, la investigación dirigida y la
enseñanza por explicación y contrastación de modelos.
En este capítulo también se presenta la relación entre el uso del laboratorio virtual
y la adopción del modelo didáctico de aprendizaje por descubrimiento, particularmente
en el estudio de la física. Para ello se desarrolla una exposición sobre las aplicaciones de
esta herramienta en el estudio de la cinemática y las potencialidades de este tipo de
software en el estudio del lanzamiento parabólico y del movimiento circular uniforme.
En la parte final del capítulo se resumen las más relevantes investigaciones
empíricas relacionadas con el tema del uso de laboratorios virtuales y simuladores como
los objetivos, el contexto, la metodología, los resultados, las recomendaciones y los
trabajos futuros recomendados en estos estudios.
2.1 El Laboratorio Virtual.
2.1.1 La simulación a través del laboratorio virtual.
La enseñanza de la física escolar tiene como uno de sus propósitos fundamentales
la conciliación entre los fenómenos del mundo real y la modelación, que le ofrece al
alumno la posibilidad de interpretar esos fenómenos. En ese sentido el software de
simulación permite aproximar los eventos del mundo real y los modelos matemáticos que
los representan. Además, esta herramienta brinda la posibilidad de manipular las
variables que conforman los modelos, favoreciendo el proceso de enseñanza-aprendizaje
en las dimensiones cognitiva y expresiva (Bork, 1981).
La simulación por computador permite obtener resultados que serían muy difíciles
de conseguir si se trata de resolver el modelo matemático (Kowalski, 1985). Asimismo, el
software de simulación permite la representación visual del (los) fenómeno(s) o evento(s)
estudiado(s). Sierra (2000) resalta otras ventajas de la simulación por computador:
• Ofrece la oportunidad de recrear virtualmente algunos fenómenos cuya
reproducción sería improbable en un ambiente escolar, bien sea por el peligro que
representan, por el tiempo y/o el espacio que requieren o por el costo de los
equipos.
• Favorece el contraste de las ideas previas, la formulación de hipótesis y el
• El estudiante interactúa con el modelo y, de esta forma, logra una comprensión
más amplia del fenómeno estudiado.
• La posibilidad de manipular las variables, parámetros y condiciones del modelo
favorece el aprendizaje por descubrimiento. Asimismo, se crea un escenario
propicio para el aprendizaje autónomo.
• Le brinda la oportunidad al estudiante de enfocarse en los principios físicos que
intervienen en el fenómeno y no sólo en los procedimientos matemáticos.
• Permite el contraste de las leyes físicas desde el análisis cuantitativo y cualitativo.
• Favorece el proceso de enseñanza-aprendizaje de la física, desde las dimensiones
afectiva, cognitiva y expresiva.
El constructivismo le otorga al estudiante un rol protagónico en el proceso de
aprendizaje. Asimismo, el aprendizaje por descubrimiento es un modelo didáctico
centrado en el estudiante. En este modelo, se crea un ambiente de aprendizaje que
favorece la construcción autónoma del conocimiento a través de la indagación, la
solución de problemas y la investigación. En ese mismo sentido, el aprendizaje por
descubrimiento guiado impulsa la asimilación de conceptos, así como de procedimientos
(Njoo y de Jong, 1991).
En ese contexto, el uso de software de simulación se articula naturalmente con la
estrategia de aprendizaje por descubrimiento guiado, ya que el modelo que representa el
fenómeno estudiado subyace a la representación misma y el estudiante debe descubrirlo
puente entre lo real y lo abstracto, favoreciendo el desarrollo del pensamiento formal
(Valente y Neto, 1992).
No obstante, las investigaciones sobre aprendizaje por descubrimiento mediado
por software de simulación no reportan resultados concluyentes. Njoo y de Jong (1993)
remarcan dos debilidades del uso de simulación por computador para el aprendizaje de
ciencias. La dificultad de los conceptos estudiados y la falta de actividad por parte de los
estudiantes. Estos inconvenientes pueden superarse si se adoptan ciertas medidas de
ajuste a las actividades instruccionales:
• Desarrollo de una estrategia de complejidad creciente (White, 1998).
• Controlar los valores que pueden ser asignados a ciertos parámetros.
• Los fenómenos estudiados deben tener un trasfondo conceptual profuso y los
estudiantes deben poder abordarlos desde diferentes perspectivas de investigación.
• Los estudiantes deben ser motivados a la exploración.
• Debe crearse un ambiente en el que el descubrimiento del estudiante sea guiado,
con cierto grado de libertad que permita el desarrollo de una lógica individual.
• El software de simulación debe proveer de toda la ayuda necesaria para evitar un
uso desordenado y arbitrario por parte de estudiantes con pocos conocimientos en
la asignatura.
• Se debe encontrar el balance adecuado entre actividades obligatorias y aquellas
donde el estudiante tiene la facultad de seguir sus propios cursos de acción.
De acuerdo al enfoque que adoptan, los programas de simulación se clasifican
a) Software de simulación basado en fenómenos. Bajo este enfoque, los eventos
simulados pueden desarrollarse bien sea sobre datos experimentales o sobre valores
fijados previamente.
b) Software de simulación basado en el modelo. En este enfoque los objetos se
representan simbólicamente.
En el uso de simulación por computadora es posible establecer tres niveles de
representación relacionados entre sí, a saber:
• Nivel de ejecución del modelo matemático.
• Nivel de representación simbólica del modelo.
• Nivel de representación gráfica o animada.
En el presente trabajo de investigación, el software de simulación resulta
especialmente importante como herramienta mediadora del proceso formativo. El
laboratorio virtual, como un tipo especial dentro de este género de programas
informáticos, ofrece interesantes posibilidades al docente en la estructuración de
secuencias didácticas para el aprendizaje de la física. Esta investigación busca analizar la
incidencia de esta estrategia en el aprendizaje efectivo de los estudiantes.
2.1.2 El rol del docente y las relaciones en el aula de informática.
El trabajo pedagógico desarrollado en el aula de informática plantea ciertos
cambios en la relación entre el docente y el estudiante. De un lado, los estudiantes se
sienten más independientes y capaces de tomar sus propias decisiones, sin temor a
asume el rol de un facilitador que orienta al estudiante en su interacción con la máquina.
El análisis de estas relaciones se constituye en un importante elemento a tener en cuenta
en la evaluación formativa del proceso de enseñanza-aprendizaje. Este análisis resulta ser
de gran valor para la adecuación del diseño instruccional y para el desarrollo del material
didáctico (Fernández, 1983).
Cuando se utiliza software de simulación para desarrollar un experimento, se
pueden advertir cambios en la forma de interactuar de los alumnos. En un trabajo
experimental desarrollado en el laboratorio tradicional, los estudiantes frecuentemente se
enfocan en los detalles del experimento, relegando a un segundo plano la indagación
sobre las causas del fenómeno estudiado. En contraste, con el uso de la simulación
asistida por computador los estudiantes dialogan con el propósito de plantear hipótesis
que sustenten los eventos simulados por el software, descubriendo los principios físicos
involucrados (Chatterton, 1985).
Varias investigaciones (Squires, 1985; Watson, 1993; Webb, 1984, 1989)
demuestran que la utilización del computador aumenta la eficacia de las actividades
colaborativas y contribuye al desarrollo de competencias comunicativas. En ese sentido,
Chatterton (1985) establece que las actividades colaborativas (mediadas o no por el uso
del computador) generan buena parte del aprendizaje considerado útil, además, el autor
resalta el valor de este tipo de actividades cuando se emplea software de simulación, a
diferencia de las técnicas de instrucción habituales.
No obstante, la consecución de los objetivos de aprendizaje no siempre está
1993) establece una diferencia entre colaboración y cooperación cuando los alumnos
utilizan grupalmente algún tipo de software educativo. El trabajo grupal frente a la
pantalla del computador no garantiza que haya colaboración. Así ocurre cuando se
utilizan programas de suites ofimáticas.
El uso de simulación por computador brinda al estudiante la posibilidad de
afianzar su sentido de la responsabilidad, y de convertirse en gestor de su propio
aprendizaje. De esta manera se favorece la reflexión y se ofrece la oportunidad a los
estudiantes de avanzar de acuerdo a su ritmo de aprendizaje. Este modelo de aprendizaje
centrado en el alumno le otorga a este una buena dosis de autonomía sobre el proceso
formativo, y en esa misma medida le plantea al docente el reto de determinar el momento
y la manera de intervenir para no afectar la dinámica de participación del estudiante
(Fonseca, Hurtado, Lombana y Ocaña, 2006).
En este punto es importante hacer notar que el docente juega un papel
fundamental en el proceso de enseñanza-aprendizaje mediado por la simulación por
computador. Primero, en el diseño instruccional de la acción formativa. Luego,
definiendo la manera en que los estudiantes utilizarán el recurso informático y, por
último, interpretando el rol apropiado para crear un entorno que favorezca la construcción
de conocimiento. Sobre este particular la Organización para la Cooperación y el
Desarrollo Económicos (OCDE) se pronunció en su informe de 1989 sobre las
tecnologías de la información en la educación, en el que se establece que el análisis de
software debe considerar que muchas veces el uso que se le da a éste no es el más
programas o no crean los entornos ideales para la construcción de conocimiento (OCDE,
1989).
El tipo de relaciones que potencializa cierta categoría de software establece los
procesos didácticos que pueden favorecerse con el uso de ese género de programas. Así,
el software de simulación puede servir como soporte a las estrategias de aprendizaje por
exploración y descubrimiento. De otro lado, el software de modelización apoyará la
interpretación y la formulación de modelos.
Uno de los efectos más notables de la utilización de software de simulación y
modelización es la adopción de un nuevo perfil docente. El profesor asume un rol de
facilitador y orientador, y entiende que debe ser el estudiante el protagonista y el centro
del proceso (García y Gil, 2006). En esa línea, se pueden mencionar las siguientes
funciones del profesor en su nuevo rol:
• Proveedor de recursos. El docente selecciona y dispone múltiples recursos
(presentaciones, material audiovisual, multimedia e hipermedia, etc.) para el
desarrollo de actividades. El docente también puede realizar modificaciones en
estos recursos para adaptarlos a las características de los estudiantes, a las
necesidades y a los objetivos instruccionales.
• Organizador. El docente debe considerar dentro de su planeación curricular la
forma y la frecuencia con que se utilizarán los computadores. Debe tener en
cuenta las limitaciones de tiempo y de equipos, así como el estilo que pretende
trabajo colaborativo para la resolución de problemas en equipos pequeños,
actividades individuales, etc.
• Tutor. El profesor debe adelantar asesorías por pequeños equipos, con el propósito
de favorecer la reflexión, la interpretación, el establecimiento de condiciones y el
planteamiento de hipótesis y regularidades.
• Investigador. El profesor registra sus observaciones sobre el proceso de
enseñanza-aprendizaje que adelanta y sobre el uso de la simulación por
computador, con el propósito de identificar las oportunidades de mejora y las
dificultades de los estudiantes. Esta tarea es de gran valor para documentar las
técnicas de aprendizaje que emplean los estudiantes al momento de usar el
software de simulación. Además, permite establecer los conceptos que el
estudiante debe asimilar antes de la actividad con el programa, para asegurar la
eficacia de la estrategia.
• Facilitador. El profesor brinda las condiciones para que los alumnos aprovechen
al máximo el software empleado. De esta manera el docente favorece la
autonomía y la autogestión del aprendizaje.
En el desarrollo del presente trabajo de investigación, la adopción de estas
funciones por parte del docente significó un factor fundamental de éxito, en el propósito
de estimular el aprendizaje por descubrimiento de los estudiantes. Las interacciones entre
los estudiantes dentro del aula de informática hacen parte de las enseñanzas actitudinales
que deben favorecerse en la experiencia formativa generada con motivo del presente
estudio. Del rol que interprete el profesor en el proceso formativo dependerá que éste se
2.1.3 El laboratorio virtual y el proceso de indagación científica.
Uno de los propósitos principales de la educación en ciencias es el de contribuir a
la comprensión de los modelos científicos, su construcción, así como de la
caracterización de los fenómenos que tienen lugar en el mundo real. En la enseñanza de
la física escolar, particularmente, se pueden distinguir tres perspectivas: descubrimiento
deductivo, descubrimiento inductivo y perspectiva intermedia (White, 1998).
En la perspectiva de descubrimiento deductivo los principios y leyes físicas se
modelan matemáticamente con el propósito de que los estudiantes resuelvan
cuantitativamente problemas fuertemente estructurados. Este es un enfoque muy rígido,
donde se revela una divergencia entre el conocimiento formal y el conocimiento empírico
del estudiante.
En contraste, en la perspectiva de descubrimiento inductivo, los principios y las
leyes físicas se infieren en forma progresiva a partir de la experiencia con los fenómenos
del mundo real. Este enfoque representa una manera muy simple de ver la ciencia.
Además, tiene su punto de partida en el mundo real, con toda la complejidad que
significa. La perspectiva de descubrimiento inductivo basada en experiencias converge
con el proceso de indagación científica conocido como empirismo ingenuo.
En la perspectiva intermedia, los alumnos construyen modelos en un nivel de
abstracción moderado. Estos modelos favorecen el razonamiento que lleva al estudiante a
determinar las causas del fenómeno que estudia, desarrollando habilidades de
interpretación, de establecimiento de condiciones y de planteamiento de hipótesis y
